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【智慧製造專輯】打破孤島作業 數位分身塑造製造新革命

隨需求應變產能擴充計劃 供應鏈數位分身降低投資風險

以往供應鏈以群聚模式降低運輸與溝通成本,然市場不確定性因素增加,不管對建廠、產能擴充計畫等來說都是非常大的挑戰。竹科管理局

中美貿易戰促成台廠陸續回流備戰,出走中國大陸難免打亂供應鏈布局,以往供應鏈以群聚模式降低運輸與溝通成本,然而隨著市場不確定性因素增加,且工廠遷移也非數月、半年即可完成,不管對建廠、產能擴充計畫等來說都是非常大的挑戰。

不過事實上,近年製造業早已不約而同朝向數位轉型,中美貿易戰儼然只是時機催熟的重要轉折點,因此業界也看好此時將是台灣全力衝刺智慧製造的最佳時機。其中,連續兩年被Gartner納入十大技術趨勢的數位分身(Digital Twins),其概念始自產品研發、生產規劃、生產工程、生產執行直至維運服務等的整個產品生命週期,透過在虛擬環境下進行各種情境的模擬與測試,能夠預先挖掘問題,藉以改善實體環境中,產品或生產過程中的缺陷。而特別是其由於在數位而非實體環境下進行模擬與測試,相對能以更低成本的模擬結果降低決策者投資失誤的風險。

事實上,製造業早期已有數位化的概念,但西門子軟體工業解決方案顧問張志成指出,相較於產品研發面向已可成熟透過CAE軟體針對產品效能進行虛擬測試,執行如結構或熱流分析,以降低產品在研發設計時的失誤,但此數位模擬的概念大多僅止於此,並未延伸到後續生產規劃與製造階段,因此製造業者通常無法在實際投入產線建置前,預先得知生產線配置與製程規劃是否符合預期效益,而實際上生產製造過程中所出現的失誤與低效才是製造業者最大的成本風險所在。

特別是應對彈性生產需求,業者往往無法為了少量多樣的生產型態大幅擴充產能,因此對於製造業者來說,更應思考如何在不大幅更動原有產線設計,以及不影響現有生產線運作的情況下,除將產能利用率最佳化,也可快速應變新的需求,或在市場波動下進行產能擴充或縮減。

而數位分身則將數位模擬的做法從產品研發面向觸及到生產製造領域,透過數位模擬,製造業者可在實際投產前,在低成本的軟體環境下測試,以預期產線規劃與設計是否符合效益。舉例來說,在規劃新廠的過程中,可借重工廠的數位分身預先進行廠房布置、生產工程規劃,包括產線的配置是否導致機台閒置時間過長、設備利用率有無達到最大化,或驗證物流系統設計的準確性,例如AGV路徑規劃是否正確、無縫接軌的配送調度等,以及組裝的模擬驗證。

而在人機共工模式下,目前許多組裝或檢測流程仍以人為主,因此對於人機的模擬、人員的模擬也為業者必要考量之一。像是考量人與機台如何配置的情況下,模擬各自作業速度是否搭配順暢、根據作業範圍的可達區域,人機之間應保留多少安全距離才不會互相干涉。特別針對人員模擬,也可檢視其疲勞度、視野與作業姿勢等,如西門子Tecnomatix中的Process Simulation Human即可根據行業標準所定義的人體資料庫,依據性別、年齡等資料針對人工任務進行模擬,從過程中找出不良操作。

針對數位工廠對於供應鏈管理所帶來的益處,達梭系統大中華區總裁張鷹對此則表示,以往供應鏈是以群聚模式來降低運輸與溝通成本,然而隨著市場不確定性增加,且工廠遷移也不是3個月、半年就可以完成,不管對建廠、人力資源管理或製造執行系統管理(MES)等都是非常大的挑戰。

而透過數位分身的導入,產品資訊就能在無時差、無區域限制的情況下,以端到端的方式直接傳遞到製造端,這讓任何的設計變更都可準確即時的送至供應鏈的工廠端,在正確的時間生產正確的產品,當資訊數位化且連結在一起後,讓工廠管理更有效率。

甚至進一步從原本的製造執行系統管理(MES)提升到製造營運管理(MOM)層級,對於不管是OEM、ODM亦或是Supplier來說,不再只侷限於關心製造現場的問題,而是可擴展到針對物料的供應計畫,以及產品、零件的履歷追溯,當任何供應鏈有異常時均能在最短時間內查出受影響的產品,及其目前的狀態與去處,從而降低風險。

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